Источники загрязнения воды

              
              
              
              
              Глава 1. Литературный обзор
              
              1.1 Источники загрязнения воды
              
              
              Загрязнением воды называют процесс насыщения водоемов вредными веществами, отходами производства и бытовыми отходами, в результате которого вода теряет большую часть своих функций и становится непригодной для дальнейшего потребления. Наиболее часто встречается химическое и бактериальное загрязнение вод. 
              Химическое загрязнение - наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия, никеля и др.) и нетоксичным.  При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит.  
              Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер.
              Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загрязнение. Радиоактивные элементы попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных отходов, захоронении отходов на дне, в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.
              Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод. Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загрязнение (а точнее, засорение) твердыми отходами (мусором), остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.
              Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведет к размножению анаэробных бактерий, росту гидробионтов и выделению ядовитых газов ? сероводорода, метана. Одновременно происходит «цветение» воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения. 
              К основным факторам загрязнения поверхностных вод относятся: сброс в водоемы неочищенных сточных вод; смыв ядохимикатов ливневыми осадками; газодымовые выбросы; утечки нефти и нефтепродуктов. Наибольший вред водоемам и водотокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод ? промышленных, коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и др. https://studfiles.net/
              Многообразие химических производств, огромное число химических продуктов (исходных, промежуточных и конечных), применяемых и образующихся в технологических процессах, обуславливают образование сильно отличающихся по составу и объему сточных вод, загрязненных органическими и неорганическими веществами [16]. Чаще всего сточные воды представляют собой сложные системы, содержащие смеси различных подсистем. Концентрации примесей в сточных водах различны: воды от охлаждения продуктов и аппаратуры практически не загрязнены, а воды от технологических процессов содержат загрязняющие вещества в больших количествах [17]. Основной вклад в загрязнение вносят гальванические и травильные производства. Ежегодно только при промывке изделий после гальванических и химических покрытий сточные воды этих заводов выносят, по оценке специалистов, не менее 3300т цинка, 2400т никеля, 460т меди, 500т хрома, 125т олова, 135т кадмия. Для уменьшения экологической опасности этих производств разрабатываются и находят применение различные способы извлечения металлов из промывных вод.  Очистка сточных вод базируется на физико-химических и биологических процессах.
              
              1.1.1 Сточные воды гальванических производств
              
              Несмотря на постоянное совершенствование старых и создание новых, технологий, к числу наименее экологичных производств относится гальваническое [18]. Оно отличается большим водопотреблением воды высокого качества [19] и сбросом большого количества отходов [20].
              В среднем расход свежей воды составляет 30–50 % от ее общего расходана предприятии [21]. Средний объем сточных вод, образующихся только на одном гальваническом производстве, составляет 600–800 м3/сут.
              Состав и концентрации загрязняющих веществ в растворах, поступающих на обезвреживание, обуславливают состав и свойства образующихся после нейтрализации шламов, а также содержание в них тяжелых металлов [22].
              В процессе работы гальванических линий на предприятии образуются два вида стоков: промышленные сточные воды и отработанные гальванические растворы [23–25]. В этих стоках содержится целый ряд чрезвычайно токсичных примесей, но наиболее опасны для окружающей среды ионы тяжелых металлов – кадмия, меди, цинка, хрома, никеля, свинца.
              Часть отработанных гальванических растворов после их регенерации используется повторно [26]. Однако регенерация отработанных растворов представляет собой сложную, дорогостоящую, и не всегда осуществимую задачу. Поэтому в большинстве случаев отработанные гальванические растворы направляются на очистные сооружения предприятий для обезвреживания совместно с промышленными сточными водами, что увеличивает нагрузку на очистные сооружения при доведении концентраций ионов металлов до нормативов сброса сточных вод [27].
              Степень опасности сточных вод зависит от токсичности загрязняющих ее веществ [28]. Такие примеси как соли тяжелых металлов обуславливают высокую токсичность сточных вод [29,30].
              При попадании ионов тяжелых металлов в водоемы у многих низших организмов нарушается нормальное развитие при концентрации некоторых ионов тяжелых металлов от 0,01 до 0,1 мг/л, а гибель иногда отмечалась при концентрации 0,02 мг/л.
              При накоплении в организме человека хрома проявляется его токсикологическое воздействием на жизненно важные органы – поражение мозга и центральной нервной системы.
              Сточные воды машиностроительных заводов могут содержать хром и медь до 400–500 мг/л, а никеля в концентрациях несколько десятков мг/л [31]. Концентрация меди в сточных водах свыше 1,9 мг/л тормозит сбраживание осадков на очистных сооружениях, 1,0 мг/л снижает эффективность очистки на 5 %, а 75 мг/л является залповым выбросом металла и представляет опасность для оборудования очистных сооружений.
              
              1.1.2 Миграция тяжелых металлов в окружающей среде
              
              Развитие техногенной аномалии в почве приводит к частичному выносу ионов металлов, в первую очередь – цинка и хрома, более равномерному перераспределению по профилю и закреплению части металлов в минеральных устойчивых формах [32].
              Распределение тяжелых металлов по поверхности почвы определяется многими факторами. Оно зависит от особенностей источников загрязнения, метеорологических особенностей региона, геохимических факторов и ландшафтной обстановке в целом.
              Длительность нахождения частиц-загрязнителей в атмосфере зависит от их массы и физико-химических свойств. Чем тяжелее частицы, тем быстрее они оседают.
              Согласно существующим представлениям, миграция тяжелых металлов определяется, главным образом, конвективным массопереносом растворов в пористой среде, соотношением внутренних и внешних факторов миграции тяжелых металлов: свойства химических элементов и их
              способность давать растворимые и инертные формы, физико-химические свойства почв [33].
              Из всех видов миграции самая важная – миграция в жидкой фазе, поскольку большинство металлов попадает в почву в растворенном виде или в виде водной суспензии. Фактически все взаимодействия между тяжелыми металлами и жидкими составными частями почвы происходит на границе жидкой и твердой фаз.
              Характер профильного распределения тяжелых металлов в естественных и техногенных почвах существенно различается и определяется не-сколькими факторами: динамическим равновесием между компонентами почвы; физико-химическими свойствами природных и техногенных вод, растворов, дренирующих ландшафты; соотношением водной и биогенной миграции тяжелых металлов [34].
              Миграция тяжелых металлов рассматривается также с точки зрения концепций устойчивости почв [35, 36].
              К факторам, способствующим удержанию тяжелых металлов поч-вой относятся: обменная адсорбция поверхности глин и гумуса; формиро-вание комплексных соединений с гумусом; формирование нерастворимых соединений, особенно при восстановлении.
              Скорость миграции растворимых веществ оказывается различной в почвенных горизонтах. Средняя суммарная скорость миграции тяжелых металлов в гумусовом горизонте составляет около 3,7 см/сут, а в низлежащем горизонте скорость миграции почти в два раза больше – 7,1 см/сут.
              В профиле формируется техногенный поток рассеяния тяжелых металлов, регулируемый преимущественно органическим веществом почвы [37, 38]. Миграция тяжелых металлов в почве происходит, главным образом, в форме органоминеральных соединений [39–42].
              Органическое вещество почвы образует с металлами устойчивые комплексы. Ведущая роль связывания катионов металлов отводится гуминовым веществам [43–46]. Они подразделяются на фракции: гуминовые
              кислоты, фульвокислоты и гумус. Взаимодействие между гуминовыми веществами и тяжелыми металлами происходит на основе явлений ионного обмена, сорбции, хелатообразования, коагуляции и пептизации [47].
              Важным фактором, влияющим на поведение тяжелых металлов в почве, является кислотность среды. При нейтральной и слабощелочной реакции среды образуются труднорастворимые соединения: гидроксиды, сульфиды, фосфаты, карбонаты и оксалаты тяжелых металлов. При возрастании кислотности в почве идет обратный процесс – труднорастворимые соединения переходят в более подвижные, при этом повышается подвижность многих тяжелых металлов.
              Однако действие кислотности почв на подвижность тяжелых металлов неоднозначно. Хотя при возрастании pH среды подвижность многих тяжелых металлов снижается (например, Fe, Mn, Zn, Co и др.), имеется ряд металлов, подвижность которых при нейтрализации почвы возрастает.
              	К ним относятся молибден и хром, которые способны в слабокислой и щелочной среде образовывать растворимые соли [48].
              Кроме того, такие тяжелые металлы как ртуть и кадмий способны сохранять подвижность в щелочной среде за счет образования комплексных соединений с органическим веществом почв. С твердой фазой почвы тяжелые металлы взаимодействуют по механизмам специфической и неспецифической адсорбции.
              Почвы с высокой адсорбционной способностью характеризуются высоким содержанием глин, а также органического вещества, и могут удерживать металлы, особенно в верхних горизонтах. Это характерно для карбонатных почв и почв с нейтральной реакцией.
              В этих почвах количество токсических соединений, которые могут быть вымыты в грунтовые воды и поглощены растениями, значительно меньше, чем в песчаных кислых почвах. Однако, при этом существует большой риск в увеличении концентрации элементов до предельно токсичной, что вызывает нарушение равновесия физических, химических и биологических процессов в почве.
              Тяжелые металлы, удерживаемые органической коллоидной частью почвы, значительно ограничивают биологическую деятельность, ингибируют процессы иттрификации, которые имеют важное значение для плодородия почв.
              Песчаные почвы, которые характеризуются низкой поглотительной способностью, как и кислые почвы, очень слабо удерживают тяжелые металлы, за исключением молибдена и селена. Поэтому они легко адсорбируются растениями, причем некоторые из них даже в очень малых концентрациях обладают токсичным воздействием.
              Имеющиеся данные о загрязнении почв тяжелыми металлами свидетельствуют о том, что накапливающееся большое количество отходов вызывают трансформацию природных систем в природно-техногенные и даже техногенные [49].
              Одним из главных механизмов наблюдаемой трансформации является техногенная миграция тяжелых металлов в системе «промышленные отходы — почва», которая вызывает локальное загрязнение почв и характеризуется спецификой, отличной от естественной физико-химической миграции элементов в почвах [50]. Изучение сложных систем, таких как миграция тяжелых металлов в системе «промышленные отходы – почва», возможно только при комплексном подходе, что отражено во многих публикациях, в частности [51–54].
              Миграция меди, цинка, никеля. Среднее содержание меди в незагрязненных почвах 6–60 мг/кг. Характерная черта распределения меди в почвенном профиле – аккумуляция в верхних горизонтах. Преобладающей подвижной формой меди в поверхностных слоях является катион меди (ІІ), однако в почвах могут присутствовать и другие ионные формы.
              Почвенные растворы содержат медь в концентрации 0,003–0,135 мг/л. Более 90 % растворимых форм меди образуют комплексы с органическими веществами. В различных слоях почвенного профиля медь мигрирует в ионной, коллоидной и взвешенной формах [55].
              Критический уровень, то есть величина, при которой поступление тяжелых металлов в окружающую среду не приводит к накоплению выбросов в компонентах ландшафта и к их структурной перестройке, составляет для меди 3–30 кг/км2 в год [56].
              Цинк широко распространен во всех геосферах. Основная масса цинка мигрирует через гидросферу. Содержание цинка в почвах колеблется от 10 до 800 мг/кг, хотя чаще всего оно составляет 30–50 мг/кг, среднее содержание – 5·10-3 %. В слабощелочной среде цинк гидролизуется с образованием гидроксида цинка. В кислой среде цинк присутствует в двухвалентной форме, доступной для сорбции взвешенными минеральными коллоидами и для комплексообразования с органическими веществами.
              Наличие органических веществ и кальция способствует повышенной фиксирующей способности почвы к цинку [57, 58]. Органическое вещество для цинка в большей степени является фактором миграции, а не аккумуляции [59]. Поступление цинка в пахотный слой почвы в год примерно равно 9 мг/кг. В настоящее время содержание цинка составляет 255 мг/г, то есть примерно в 5 раз выше средних величин в обычных условиях [60–62].
              	В химическом отношении никель обладает средней активностью исходен с железом и медью. В почвах содержание никеля, наряду с другими металлами, составляет до 40 мг/кг или 4·10-3% [63].
              Слабо подвижный в кислых почвах никель при рН = 6,7 и ниже образует малорастворимый оксид никеля (II), выпадающий в осадок.
              В щелочной среде при рН = 7,5–9,5 никель переходит в растворимые, подвижные и крайне токсичные формы. Наличие в почве органических кислот способствует образованию легкорастворимых соединений никеля.
              	В системе «почва – вода» никель содержится в комплексных формах с неорганическими и органическими лигандами. В подстилающих лесных почвах никель присутствует в концентрациях порядка 8,5–15,0 мг/кг [64]. Наибольшее содержание никеля в обрабатываемых землях – до 1000 мг/кг [65].
              Все тяжелые металлы отрицательно влияют на биологическую деятельность в почве, ингибируют активность ферментов уменьшением интенсивности выделения двуокиси углерода и численности микроорганизмов.
              Соединения металлов оседают на поверхности почв, адсорбируется органическими веществами, передвигается по профилю с почвенными растворами, выносится за пределы почвенного профиля. Благодаря процессам миграции образуются техногенные аномалии тяжелых металлов в почвах.
              
              1.1.3 Физико-химическая очистка
              
              Производственные сточные воды имеют сложный состав и всегда содержат по отдельности или в комплексе различные ядовитые и токсичные вещества. Сброс таких сточных вод в открытые водоемы или городские канализационные сети без соответствующей очистки недопустим [66].
              Для очистки сточных вод, содержащих тяжелые металлы, основными физико-химическими методами считаются реагентные, мембранные, электрохимические, биохимические и сорбционные методы [85–89].
              Электрокоагуляция позволяет удалять растворенные и взвешенные примеси органического и неорганического происхождения электролизом СВ с использованием растворимых (железных или алюминиевых) электродов-анодов.
              Механизм процесса заключается в том, что при наложении электрического поля поляризуется двойной ионный слой коллоидной частицы, и она перемещается к электроду,имеющему противоположный заряд, т.е. происходит поляризационная коагуляция дисперсных частиц.
              Эффективность электрокоагуляции зависит от материала электродов, анодной плотности тока, состава и скорости движения обрабатываемой жидкости в межэлектродном пространстве и от пассивации анодов.
              Электрокоагуляция, как и другие электрохимические методы очистки стоков, имеет следующие преимущества: не требует применения реагентов, не увеличивает солесодержание воды, упрощает технологические схемы очистки, улучшает условия эксплуатации, достаточно просто может быть автоматизирована. Электрокоагуляцию можно применять при значительных колебаниях количества и качества СВ [6, 25].
              К недостаткам метода относится сравнительно большая потребность в электроэнергии, значительный расход листового металла, образование на поверхности электродов окисных пленок, засорение пространства между электродами продуктами электрокоагуляции. Опасно образование взрывоопасных смесей водорода, выделяющегося при электролизе с воздухом. Это требует устройств специальных вентиляционных систем, что удорожает и усложняет эксплуатацию установок.
              Поскольку для электрокоагуляции требуются значительные затраты электроэнергии и листовой металл, метод рекомендуют для локальных схем очистки небольших количеств СВ (30-50 м3/ч). Продолжительность электрообработки стоков в электролизе 0,5-5 мин [6, 34].
              Адсорбция. Широко распространенные реагентные методы в очистке СВ. В качестве адсорбентов применяют природные и искусственные пористые материалы. Выпускаемые промышленностью адсорбенты должны удовлетворять определенным стандартным показателям, в числе которых прочность на истирание, сорбционная емкость и др.Так, для очистки и доочистки СВ от НП используют асбестосодержащий материал –отход производства асбестовых бумаг и картона (регенерация прокаливанием); пористый полимерный сорбент-сополимер стирола и дивинилбензола; пенополиуретан, в который введены гранулы ферромагнитного материала размером 0,01-0,1 мм в количестве 0,02-0,08% для фильтрования в магнитном поле; сорбент на основе базальтового волокна и гидрофобизатора‚ кремний или органические гидрофобизирующие соединения – 2-15 %; древесные стружки, опилки, волокна, помещенные в пористые тканые оболочки и другие материалы [21].
              Чаще других сорбентов используется гранулированный активный уголь, имеющий частицы размером более 0,10 мм на 85-99%, состоящий из углеродов и способный самопроизвольно отделяться от воды. Исходным сырьем для получения активного угля служат практически любые углеродсодержащие материалы: уголь, торф, древесина и др. [38].
              Аппаратурное оформление сорбционной очистки –общепринятые в химической технологии–напорные фильтры с плотным слоем гранулированных активных углей, перед которыми расположены механические фильтры. Двухступенчатое фильтрование применяется при глубокой очистке СВ, содержащих эмульгированные и растворенные НП (очистка до 0,1-2 мг/л). [39, 40].
              
              Технологические процессы очистки производственных сточных вод от  тяжелых металлов
              
              Ионный обмен и электролиз, при несомненных достоинствах, имеют ряд существенных недостатков [90]. Ионный обмен сопровождается образованием требующих утилизации растворов солей тяжелых металлов и высоким расходом реагентов. Электрохимический метод не всегда позволяет провести глубокую очистку и требует больших затрат на электроэнергию [91]. Сточные воды гальванических и травильных производств утилизируются, в основном, реагентными методами в виде гальванических шламов. Накопленные к настоящему времени объемы шламов по масштабу уже могут сравниться с залежами природных полезных ископаемых [92]. Хранение гальваношламов на промплощадках является источником загрязнения атмосферы и водного бассейна токсичными тяжелыми металлами. Для доочистки гальваностоков может быть применен также флотационный метод. [123]. Для биологической очистки применяют следующие сооружения: аэротенки, биофильтры с загрузкой для предварительной или окончательной очистки, традиционные биологические фильтры, байолитфильтры для основной очистки или доочистки, лагуны с перемешиванием или аэрацией для доочистки [124]. 25 Ионы тяжелых металлов оказывают токсическое действие на биоценоз активного ила, поэтому очень важным является соблюдение нормативов по сбросам и максимально возможная очистка от металлов стоков, поступающих на городские очистные сооружения. 
               Биохимическая очистка. Широко применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворённых органических и некоторых неорганических веществ (H2S; сульфидов; NH3; нитритов и др.).
              Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности, т.к. органические вещества для них являются источником углерода.
              Достоинства: несложное аппаратное оформление, невысокие эксплуатационные затраты.
              Недостатки: большие капитальные затраты, необходимость предварительного удаления токсичных веществ, строгое соблюдение технологического режима очистки.
              При биохимической очистке вещества, содержащиеся в сточных водах не утилизируют, а перерабатывают в избыточный ил, так же требующий обезвреживания. Активный ил (буровато-жёлтые комочки) представляет собой сложный комплекс микроорганизмов различных классов, простейших микроскопических червей, инфузорий, водорослей, дрожжи и др. Хороший источник C – ненасыщенные органические соединения.
              Насыщенные органические соединения труднее усваиваются.
              В клетку легко проникают растворённые органические вещества, углеводороды; труднее вещества, молекулы которых содержат полярные группы, этанол > этиленгликоль > глицерин сахара, имеющие несколько оксигрупп. Ещё медленнее диффундируют в клетку. Жирные кислоты > окси-кислоты > аминокислоты. Ионы аммония легко проникают в клетку.
              Способность микроорганизмов к адаптации обеспечивают широкое распространение биологической очистки сточных вод.
              Чем хуже осушается ил, тем более высокий его иловый индекс.
              На скорость биохимического окисления влияют различные факторы: органические вещества, содержащие гр. O2 в сточной воде, t0 и PH среды; содержание биогенных элементов и др.
              Турбулизация (интенсивное перемешивание, активный ил находится во взвешенном состоянии) сточных вод увеличивает объём поступление питательных веществ и O2 к микроорганизмам, что повышает скорость очистки сточных вод.
              Для окисления органических вещёств микроорганизмами необходим O2 ; растворённый в сточных водах, т.е. аэрация – растворение O2 в H2 O.
              Для успешного протекания реакций биохимического окисления необходимо присутствие в сточных водах соединений биогенных элементов и микроэлементов: (N, P, K).
              Недостаток N – тормозит окисление и образование труднооседающего ила.
              Недостаток P – приводит к образованию нитчатых бактерий, что является причиной вспухания активного ила.
              Биочистка в природных условиях. Поля орошения – это специальные подготовленные земельные участки; очистка идёт под действием микрофлоры солнца, воздуха и под влиянием живой растительности, растений.
              Поля орошения лучше всего устраивать на песчаных или суглинистых почвах. Грунтовые воды не выше 1.25 м от поверхности.
              В почве полей орошения находятся бактерии, дрожжи, грибы, водоросли и др. Сточные воды содержат бактерии. Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры, и они предназначены только для биологической очистки сточных вод, то они называются полями фильтрации.
              Поля орошения после биологической очистки сточных вод используется для выращивания зерновых и силосных культур, трав, овощей.
              Поля орошения имеют следующие преимущества перед аэротенками:
              1. Снижается капитальные и эксплуататорские затраты;
              2. Вовлекаются в сельскохозяйственный оборот малопродуктивные земли.
              3. Обеспечивается получение устойчивых и высоких урожаев.
              Биологические пруды – каскад прудов, состоящий из 3-5 ступеней. С естественной аэрацией (глубина их 0,5-1м). Хорошо прогревается солнцем. С искусственной аэрацией (механическим или пневматическим путём, компрессором) (глубина – 3,5м). Нагрузка по загрязнениям повышается в 3-3,5 раза. http://ohrana-bgd.narod.ru/bgd1.html
              Мембранный метод. К мембранным методам разделения, с помощью которых можно проводить очистку воды от различных видов загрязнений, относятся ультрафильтрация, обратный осмос, первапорация (диффузионное испарение через мембрану), электродиализ. В любом из этих процессов водный раствор приводится в соприкосновение с полупроницаемой мембраной с одной ее стороны. Вследствие особых свойств полупроницаемых мембран прошедшая через них смесь обогащается одним из компонентов, иногда она вообще не содержит примесей компонентов, задерживаемых мембраной.
              Для очистки воды, прежде всего, могут быть использованы обратный осмос и ультрафильтрация.
              Обратный осмос и ультрафильтрация заключаются в фильтровании растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и полностью или частично задерживающие молекулы либо ионы растворенных веществ. При обратном осмосе отделяются частицы (гидратированные ионы, реже молекулы), размеры которых не превышают размеры молекул растворителя (молекулярная масса меньше 500). При ультрафильтрации размер отдельных частиц на порядок больше, как правило, это высокомолекулярные соединения с молекулярной массой более 500. Давление, необходимое для проведения обратного осмоса (1-10 МПа), значительно больше, чем для ультрафильтрации (0,1-0,7 МПа), это связано с тем, что осмотические давления высокомолекулярных соединений малы по сравнению с осмотическими давлениями солевых растворов.
              Внешне обратный осмос и ультрафильтрация аналогичны фильтрованию, однако при фильтровании продукт откладывается в виде осадка на фильтре, а при обратном осмосе и ультрафильтрации образуются два раствора, один из которых обогащен растворенным веществом.
              Движущей силой рассматриваемых процессов является разность рабочего (избыточного) давления Р над исходным раствором и осмотического давления раствора. На практике мембраны не обладают идеальной проницаемостью, поэтому движущая сила определяется с учетом осмотического давления фильтрата, прошедшего через мембрану.
              Наиболее перспективны обратный осмос и ультрафильтрация для обессоливания воды в системах водоподготовки ТЭЦ и других предприятий, при локальной обработке небольших количеств сточных вод для концентрирования и выделения относительно ценных компонентов и очистки воды.
              Достоинствами методов являются: отсутствие фазовых переходов при отделении примесей, что позволяет вести процесс при небольшом расходе энергии, возможность проведения процесса при комнатной температуре, простота конструкции аппаратуры, возможность выделения ценных продуктов, одновременная очистка воды от органических, неорганических и бактериальных загрязнений. 
              Недостатки методов: повышенное давление в системе, явление концентрационной поляризации (увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны вследствие преимущественного переноса растворителя через мембрану). Это приводит к уменьшению производительности, степени разделения и срока службы мембраны, а также вызывает необходимость специальных уплотнений аппаратуры. Полупроницаемые мембраны, используемые для проведения обратного осмоса и ультрафильтрации, изготовляют из различных полимерных материалов, пористого стекла, металлической фольги и др.
              Наибольшее распространение получили мембраны на основе различных полимеров: полиамидов, полиуретанов, полиакрилонитрила, эфиров целлюлозы и др. Применение в практике нашли листовые, трубчатые и в виде полых волокон мембраны из ацетатцеллюлозы и ароматических полиамидов.
              Эффективность процесса мембранного разделения зависит от свойств применяемых мембран. Они должны обладать высокой разделяющей способностью (селективностью), большой удельной производительностью (проницаемостью), устойчивостью к среде, неизменностью характеристик при эксплуатации, механической прочностью. /комарова Л.Ф., Кормилина Л.А. Инженерные методы защиты ОС» барнаул 2000 293-295\
              
              1.1. 4 Сорбционные методы очистки сточных вод.
              
               Сорбционное извлечение металлов из сточных вод получило достаточно широкое распространение вследствие высокой эффективности и отсутствия вторичных загрязнений. Сорбционные материалы поглощают из водных растворов металлы практически до любых остаточных концентраций [125]. В зависимости от механизма взаимодействия сорбента с сорбатом сорбционные процессы подразделяются на следующие типы [126]: адсорбция – концентрирование компонентов на поверхности химического инертного сорбента вследствие межмолекулярного взаимодействия; экстракция – растворение компонентов в растворителе, нанесенном на сорбент; ионный обмен – обратимая химическая реакция компонентов электролита с подвижными катионами или анионами ионита; осадкообразование – образование компонентами раствора малорастворимых соединений при взаимодействии с химически активными веществами, находящимися в порах сорбента. При адсорбции загрязнений, содержащихся в сточных водах, имеют место три процесса: внешняя диффузия молекул из жидкой фазы к поверхности адсорбента, осуществляемая за счет броуновской диффузии или перемешивании жидкости за счет турбулентной диффузии; внутренняя диффузия молекул по макропорам к поверхности микропор, скорость которой определяется строением адсорбента и размером молекул сорбируемого вещества; собственно адсорбция молекул растворенного вещества. При адсорбции играют роль как физические, так и химические взаимодействия между адсорбентом и адсорбируемым веществом [127]. В случае физического взаимодействия загрязнения задерживаются на поверхности сорбента за счет слабых Ван-дер-Ваальсовых сил притяжения. Задержание же загрязнений при химическом взаимодействии является результатом образования прочной связи между активными участниками на поверхности сорбента с загрязнениями [128]. Таким образом, эффективность сорбента зависит от наличия достаточной площади поверхности и присутствия активных, по отношению к загрязнениям сточных вод, участков на этой поверхности. Эффективность процесса адсорбции зависит не только от свойств и количества сорбента, но и от химической природы и концентрации адсорбируемых веществ. Чем выше концентрация вещества, там большее его количество будет адсорбировано на каждый грамм сорбента. Скорость процесса адсорбции обусловлена скоростью диффузии растворенного вещества к поверхности сорбента через жидкостную пленку, которая окружает частицы сорбента и может быть увеличена перемешиванием, при этом возрастает скорость диффузии растворенного вещества с поверхности в поры. На скорость адсорбции влияют также размер частиц сорбента, скорость потока жидкости через сорбционную загрузку, концентрация загрязнений, температура, реакция среды. Адсорбция – реакция экзотермическая, в которой имеет место уменьшение свободной энергии, поэтому при понижении температуры степень адсорбции увеличивается. На степень адсорбции оказывает также влияние реакция среды: в большинстве случаев снижение кислотности вызывает увеличение адсорбции загрязняющих веществ из сточных вод. Вещества, обладающие меньшей растворимостью, адсорбируются сильнее [129, 130]. При адсорбции из растворов наряду с поглощением нейтральных молекул может происходить адсорбция ионов, содержащихся в растворе. При этом ион, заряженный положительно, адсорбируется преимущественно на сорбентах с отрицательно заряженной поверхностью, и наоборот. Эти процессы обычно сопровождаются явлением обмена ионами между адсорбентом и раствором – так называемой ионообменной адсорбцией [131]. Чаще всего сорбционными методами производится доочистка загрязненных сточных вод. 27 Процесс сорбции может осуществляться в статических условиях (аппараты с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях (фильтры, аппараты с псевдосжиженным слоем) [132–135]. Процесс сорбции в статических условиях осуществляется путем интенсивного перемешивания обрабатываемой воды с сорбентом в течение определенного времени и последующего отделения сорбента от воды отстаиванием или фильтрованием. При последовательном введении новых порций сорбента в очищаемую воду можно очистить ее от загрязняющих веществ до любой концентрации. Сорбция в динамических условиях осуществляется в адсорберах различной конструкции. Очистка воды на гранулированных сорбентах ведется в аппаратах с плотным, взрыхленным, движущимся и псевдосжиженным слоем. Одно- и многослойные адсорберы с плотным слоем сорбента работают с восходящим и нисходящим потоком воды, по параллельной и последовательной схемам [136]. 1.4. Материалы, используемые в сорбционной очистке. В промышленной практике используются различные сорбенты, которые разделяют на углеродные и минеральные. К первым относятся активные угли, торф и другие материалы, получаемые в основном при переработке различных органических материалов, ко вторым – силикагели, алюмогели, цеолиты. Все сорбенты в той или иной мере проявляют активность к поглощению как нефтепродуктов, так и ионов металлов. Основным материалом, использующимся в качестве сорбента в настоящее время, являются активированные угли (АУ).Активированный уголь широко применяется  для очистки от ионов металлов. Например, для очистки гальванических стоков от ио.......................